阅读说明：本技术 一种下穿采空区的隧道的分区施工方法 (Partitioned construction method of tunnel penetrating through goaf ) 是由 潘锐 刘洋 叶中豹 程桦 曹广勇 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于隧道施工技术领域,具体提供一种下穿采空区的隧道的施工方法,包括如下步骤：步骤S1,选择隧道拱顶距采空区底板高度为H的断面；步骤S2,采集隧址区地应力P0；步骤S3,根据取值H和步骤S2所得到的隧址区地应力P0,计算无量纲参数指标值,将无量纲参数指标值按比例分配权重系数后得到隧道下穿采空区的分区定量评价值；步骤S4,根据步骤S3得到的分区定量评价值,将预开挖隧道划分为无影响区Δ1、弱影响区Δ2、中影响区Δ3和强影响区Δ4这四种分区；步骤S5,根据步骤S4中的分区,分别采用相应的施工方法。本发明既避免成本超出原方案过多,又能减少拱顶坍塌、支护系统失效等事故的发生。(The invention belongs to the technical field of tunnel construction, and particularly provides a construction method of a tunnel penetrating a goaf from bottom to top, which comprises the following steps: step S1, selecting a section with the height of the tunnel arch top from the goaf bottom plate as H; step S2, collecting the ground stress P0 of the tunnel site area; step S3, according to the value H and the tunnel address area ground stress P0 obtained in the step S2, calculating dimensionless parameter index values, and distributing weight coefficients to the dimensionless parameter index values in proportion to obtain a partition quantitative evaluation value of the tunnel lower goaf; step S4, dividing the pre-excavated tunnel into four partitions, namely a non-influence area delta 1, a weak influence area delta 2, a middle influence area delta 3 and a strong influence area delta 4 according to the partition quantitative evaluation value obtained in the step S3; and step S5, adopting corresponding construction methods according to the subareas in the step S4. The invention not only avoids the cost exceeding the original scheme, but also reduces the accidents of vault collapse, support system failure and the like.)

一种下穿采空区的隧道的分区施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种下穿采空区的隧道的施工方法。

背景技术

随着我国经济高速发展，交通需求量剧增，高速公路、高速铁路快速增长，隧道在相应工程中的作用日益重要，而在山西、内蒙古等西北地区产煤大省，不少隧道穿越釆空区，特别是下穿采空区最为常见。由于我国煤系地层分布复杂，采空区不规则且范围广，导致下穿采空区的隧道的施工主要依赖于工程经验，缺乏有效的指导措施。

目前针对下穿采空区的隧道的施工，主要以采用原设计方案或换用高强度拱架为主，开挖方式和支护方案很少更改，导致此类环境条件下的隧道施工缺乏针对性的定量分区标准，无法做到科学治理，从而导致恶劣条件下易发生拱顶坍塌、支护系统失效等事故。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的一种下穿采空区的隧道的分区施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种下穿采空区的隧道的施工方法以至少解决目前恶劣条件下易发生拱顶坍塌、支护系统失效等事故的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种下穿采空区的隧道的施工方法，包括如下步骤：

步骤S1，选择隧道拱顶距采空区底板高度为H的断面；

步骤S2，采集隧址区地应力P₀；

步骤S3，根据取值H和步骤S2所得到的隧址区地应力P₀，并结合设计跨度L、开挖步距D、断面开挖分部高度h和设计支护强度P_t，计算无量纲参数指标值，无量纲参数指标值包括尺寸设计影响率η₁、开挖循环稳定率η₂和支护方案控制率η₃，将无量纲参数指标值按比例分配权重系数后得到隧道下穿采空区的分区定量评价值；

步骤S4，根据步骤S3得到的分区定量评价值，将预开挖隧道划分为无影响区Δ1、弱影响区Δ2、中影响区Δ3和强影响区Δ4这四种分区；

步骤S5，根据步骤S4中的分区，分别采用相应的施工方法。

进一步的，步骤S3中，尺寸设计影响率的计算公式为：

进一步的，步骤S3中，开挖循环稳定率的计算公式为

进一步的，步骤S3中，支护方案控制率的计算公式为

进一步的，步骤S3中，分区定量评价值为α_i为分配系数，i＝1～3，且∑α_i＝1。

进一步的，步骤S4中，无影响区Δ1∈[η，3/4η)、弱影响区Δ2∈[3/4η，1/2η)、中影响区Δ3∈[1/2η，1/4η)、强影响区Δ4∈[1/4η，0)。

进一步的，步骤S5中，

无影响区采用原设计的分部开挖、初期支护和二次衬砌；

弱影响区在原设计的分部开挖、初期支护和二次衬砌的基础上，增加超前注浆加固方案并在初期支护步骤中增加关键部位补强方案；

中影响区相对于弱影响区，采用扰动较小的开挖方案、强效的注浆加固方案和强效的初期支护方案；

强影响区相对于中影响区，增加采空区治理方案。

进一步的，步骤S5中，采空区治理方案为地面注浆充填。

进一步的，步骤S3中，H的取值范围为9m-72m。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

1)提供一种分区施工方法，针对性地对各分区采用相对应的方案，既避免成本超出原方案过多，又能减少拱顶坍塌、支护系统失效等事故的发生。另外，本发明填补了下穿采空区的隧道的分区标准的空白，对后续下穿采空区的隧道的分区施工的研究提供了理论指导。

2)分成四个分区，既避免施工方法过分繁琐，又能起到减少拱顶坍塌、支护系统失效等事故的发生的作用。

3)地面注浆填充，技术成熟，对采空区的治理效果较好。

4)H的取值范围为9m-72m，适用于实际使用情况，能够更有效地减少拱顶坍塌、支护系统失效等事故的发生。

附图说明

图1为本发明的一种下穿采空区的隧道的分区施工方法的实施例的流程图；

图2为本发明的一种下穿采空区的隧道的分区施工方法的实施例中沿采空区走向的分区划分示意图；

图3为本发明的一种下穿采空区的隧道的分区施工方法的实施例中强影响区的沿采空区倾向的地面填充注浆示意图。

图中：1、地表；2、注浆孔；3、采空区；4、预开挖隧道。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的具体实施例，如图1和图2所示，本发明提供一种下穿采空区的隧道的施工方法，包括如下步骤：

步骤S1，选择隧道拱顶距采空区3底板高度为H的断面，H的取值范围为9m-72m；

步骤S2，采集隧址区地应力P₀；

步骤S3，根据取值H和步骤S2所得到的隧址区地应力P₀，并结合设计跨度L、开挖步距D、断面开挖分部高度h和设计支护强度P_t，设计跨度L、开挖步距D、断面开挖分部高度h和设计支护强度P_t由前期基础资料获取。计算无量纲参数指标值，无量纲参数指标值包括尺寸设计影响率、开挖循环稳定率和支护方案控制率，具体的，尺寸设计影响率的计算公式为：开挖循环稳定率的计算公式为支护方案控制率的计算公式为将无量纲参数指标值按比例分配权重系数后得到隧道下穿采空区的分区定量评价值，具体的，分区定量评价值为α_i为分配系数，i＝1～3，且∑α_i＝1；

步骤S4，根据步骤S3得到的分区定量评价值，将预开挖隧道4划分为无影响区Δ1、弱影响区Δ2、中影响区Δ3和强影响区Δ4这四种分区，具体的，无影响区Δ1∈[η，3/4η)、弱影响区Δ2∈[3/4η，1/2η)、中影响区Δ3∈[1/2η，1/4η)、强影响区Δ4∈[1/4η，0)；

步骤S5，根据步骤S4中的分区，分别采用相应的施工方法：

无影响区采用原设计的分部开挖、初期支护和二次衬砌；

弱影响区在原设计的分部开挖、初期支护和二次衬砌的基础上，增加超前注浆加固方案并在初期支护步骤中增加关键部位补强方案；

中影响区相对于弱影响区，采用扰动较小的开挖方案、强效的注浆加固方案和强效的初期支护方案；

如图3所示，强影响区相对于中影响区，增加采空区3治理方案，采空区3治理方案为地面注浆充填，具体为在地表1打注浆孔2至采空区3，通过注浆对采空区3进行填充加固。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。